Что будет, если упасть в черную дыру?
Наверняка вы полагаете, что если упадете в черную дыру, то вас ждет мгновенная смерть. Но в действительности, как полагают физики, ваша судьба будет куда более странной. В будущем такое может произойти с кем угодно. Может, вы пытаетесь найти новую обитаемую планету для человеческой расы или просто уснули в долгом пути. Что будет, если вы упадете в черную дыру? Можно было бы ожидать, что вас перемелет или разорвет. Но все не так.
Что будет с человеком, если он попадет в самой центр черной дыры?
Что такое черная дыра
В момент, когда вы входите в черную дыру, реальность будет разделена на две части. В одной вы будете немедленно уничтожены, а в другой погрузитесь в черную дыру совершенно невредимым.
Черная дыра — это место, в котором известные нам законы физики не работают. Эйнштейн учил нас, что гравитация искривляет само пространство, деформирует его. Поэтому если взять достаточно плотный объект, пространство-время может стать настолько кривым, что завернется само в себя, проделав отверстие в самой ткани реальности.
Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.
Массивная звезда, которая исчерпала топливо, может обеспечить чрезвычайную плотность, необходимую для создания этого деформированного участка пространства. Прогибаясь под собственным весом и коллапсируя, массивный объект затягивает с собой и пространство-время. Гравитационное поле становится настолько мощным, что его не может покинуть даже свет, чем обрекает область, в котором находится эта звезда, на мрачную судьбу: черная дыра.
Внешняя граница черной дыры
Внешней границей черной дыры является ее горизонт событий, точка, в которой сила гравитации противодействует попыткам света покинуть ее. Подойдите слишком близко и возврата уже не будет.
Горизонт событий пылает энергией. Квантовые эффекты на этой границе создают потоки горячих частиц, утекающих обратно во Вселенную. Это так называемое излучение Хокинга, названное в честь физика Стивена Хокинга, который предсказал его существование. По истечении достаточного времени черная дыра испарит свою массу полностью и исчезнет.
Погружаясь в черную дыру, вы обнаружите, что пространство становится все более искривленным, пока в самом центре не станет изогнутым бесконечно. Это сингулярность. Пространство и время перестают иметь хоть какой-нибудь смысл, и законы физики, известные нам, которые нуждаются в пространстве и времени, больше не работают.
Что же происходит с пространством внутри черной дыры?
Что происходит в сингулярности? Никто не знает. Другая вселенная? Забвение? Мэтью Макконахи плавает по ту сторону книжных полок? Загадка.
Падение в черную дыру
Что же произойдет, если вы случайно упадете в одну из этих космических аберраций? Сначала спросим вашего космического напарника — назовем ее Анна — которая с ужасом смотрит, как вы плывете по направлению к черной дыре, в то время как она остается на безопасном расстоянии. Она наблюдает странные вещи.
Если вы ускоряетесь по направлению к горизонту событий, Анна видит, как вы растягиваетесь и искажаетесь, словно она смотрит на вас через гигантскую лупу. Кроме того, чем ближе вы подходите к горизонту, тем больше ваши движения замедляются.
Вы не можете крикнуть, поскольку воздуха в космосе нет, но можете попытаться сигнализировать Анне сообщение Морзе светом своего iPhone (даже приложение есть для этого). Однако ваши слова будут достигать ее все медленнее и медленнее, поскольку световые волны растягиваются до все более низких и красных частот: «Хорошо, х о р о ш о, х о р о…».
Когда вы достигнете горизонта, Анна увидит, что вы замерзли, словно кто-то нажал кнопку паузы. Вы отпечатаетесь там, обездвиженный и вытянутый по всей поверхности горизонта, когда нарастающее тепло начнет вас поглощать.
По мнению Анны, вас медленно стирает растяжение пространства, остановка времени и тепло излучения Хокинга. Перед тем как погрузиться в темноту черной дыры, вы превратитесь в пепел.
Но прежде чем начинать планировать похороны, давайте забудем об Анне и посмотрим эту жуткую сцену с вашей точки зрения. И знаете, что тут происходит? Ничего.
Световые волны все больше растягиваются
Вы плывете прямиком в самое зловещее проявление природы и не получаете ни шишки, ни синяка — и уж точно не растягиваетесь, не замедляетесь и не поджариваетесь на излучении. Потому что находитесь в свободном падении и не испытываете гравитации: Эйнштейн назвал это «самой счастливой мыслью».
В конце концов, горизонт событий — это не кирпичная стена, плавающая в пространстве. Это артефакт перспективы. Наблюдатель, который остается вне черной дыры, не может видеть сквозь него, но это не ваша проблема. Для вас горизонта не существует.
Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.
Если бы черная дыра была меньше, у вас были бы проблемы. Сила гравитации была бы гораздо сильнее у ваших ног, чем у вашей головы, и растянула бы вас как спагетти. Но к счастью для вас это большая черная дыра, в миллионы раз массивнее Солнца, так что силы, которые могли бы вас спагеттифицировать, достаточно слабы, чтобы их можно было проигнорировать.
Более того, в достаточно большой черной дыре вы могли бы прожить остаток своей жизни, а после умереть в сингулярности.
Возможно ли вернуться обратно из черной дыры?
Насколько нормальной эта жизнь будет, большой вопрос, учитывая что вас засосало против вашей воли в разрыв в пространственно-временном континууме и обратного пути нет.
Но если задуматься, нам всем знакомо это чувство, по опыту общения не с пространством, но со временем. Время идет только вперед, никогда назад, и засасывает нас против нашей воли, не оставляя шанса на отступление.
Это не просто аналогия. Черные дыры искажают пространство и время до такого экстремального состояния, что внутри горизонта событий черной дыры пространство и время на самом деле меняются ролями. В действительности, именно время засасывает вас в сингулярность. Вы не можете развернуться и уйти из черной дыры точно так же, как не можете развернуться и уйти обратно в прошлое.
В этот момент вы спросите себя: что не так с Анной? Если вы прохлаждаетесь внутри черной дыры, будучи окруженным пустым пространством, почему ваш напарник видит, как вы сгораете в излучении на горизонте событий? Галлюцинации?
А как ваше путешествие будет выглядеть со стороны наблюдателя?
На самом деле, Анна пребывает в полном здравии. С ее точки зрения вы действительно сгорели на горизонте. Это не иллюзия. Она даже могла бы собрать ваш пепел и отправить его домой.
На самом деле, законы природы требуют, чтобы вы оставались за пределами черной дыры, как это видно с точки зрения Анны. Это потому что квантовая физика требует, чтобы информация не пропадала, не терялась. Каждый бит информации, который говорит о вашем существовании, должен оставаться за пределами горизонта, чтобы законы физики Анны не нарушались.
С другой стороны, законы физики также требуют, чтобы вы плыли через горизонт, не сталкиваясь с горячими частицами или чем-то из ряда вон выходящего. В противном случае, вы будете нарушать «самую счастливую мысль» Эйнштейна и его общую теорию относительности.
Итак, законы физики требуют, чтобы вы одновременно были снаружи черной дыры в виде горстки пепла и внутри черной дыры, живы и здоровы. И есть также третий законы физики, который говорит, что информация не может быть клонирована. Вы должны быть в двух местах, но может быть только одна копия вас.
Выводы о черной дыре
Так или иначе, законы физики приводят нас к выводу, который кажется довольно бессмысленным. Физики называют эту головоломку информационным парадоксом черной дыры. К счастью, в 1990-х они нашли способ ее разрешить.
Информационный парадокс черной дыры — мертвы вы или живы внутри черной дыры?
Леонард Сасскинд пришел к выводу, что парадокса нет, поскольку никто не видит вашу копию. Анна видит только одну копию вас. Вы видите только одну свою копию. Вы и Анна никогда не сможете их сопоставить (и свои наблюдения тоже). И нет третьего наблюдателя, который может одновременно наблюдать черную дыру изнутри и снаружи. Так что никакие законы физики не нарушаются.
Но вы наверняка хотели бы узнать, чья история правдива. Мертвы вы или живы? Если черные дыры нас чему-то и научили, то ответа на этот вопрос просто нет. Реальность зависит от того, кого спросить. Есть реальность Анны и реальность ваша. Вот и все.
Во всяком случае так думали долгое время. Лето 2012 года физики Ахмед Альмейри, Дональд Марольф, Джо Полчински и Джеймс Салли, коллективно известные как AMPS, задумали мысленный эксперимент, который грозил перевернуть все, что мы насобирали о черных дырах.
Они предположили, что решение Сасскинда основано на том, что любое несоответствие между вами и Анной опосредовано горизонтом событий. Не имеет значения, увидела ли Анна неудачную версию вас, растерзанных излучением Хокинга, поскольку горизонт не позволяет ей увидеть другую версию вас, плавающего в черной дыре.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
Но что, если бы у нее был способ узнать, что было по ту сторону горизонта, не пересекая его?
Обычная относительность скажет «ни-ни», но квантовая механика немного размывает правила. Анна могла бы заглянуть за горизонт, используя небольшой трюк, который Эйнштейн называл «жутким действием на расстоянии».
Это происходит, когда два набора частиц, разделенных в пространстве, загадочным образом «запутаны». Они являются частью единого невидимого целого, поэтому информация, которая их описывает, загадочным образом связывается между ними.
Идея AMPS основана на этом явлении. Скажем, Анна зачерпывает немного информации у горизонта — назовем ее А.
Если ее история верна, и вы уже отправились в мир получше, тогда А, зачерпнутая в излучении Хокинга за пределами черной дыры, должна быть запутана с другой частицей информации B, которая также является частью горячего облака излучения.
С другой стороны, если верна ваша история и вы живы и здоровы по другую сторону горизонта событий, то А должна быть запутана с другой частицей информации C, которая находится где-то внутри черной дыры. Но вот момент: каждый бит информации можно запутать лишь единожды. Из этого следует, что А может быть запутана либо с B, либо с C, но не одновременно с обеими.
Все слишком запутанно…
Итак, Анна берет свою частицу A и помещает ее в ручную машину декодирования запутанности, которая выдает ей ответ: B или C.
Если ответ C, побеждает ваша история, но законы квантовой механики нарушаются. Если A запутана с C, которая глубоко внутри в черной дыре, тогда эта частица информации потеряна для Анны навсегда. Это нарушает квантовый закон невозможности потери информации.
Остается B. Если декодирующая машина Анны обнаруживает, что А запутана с B, Анна побеждает и общая теория относительности проигрывает. Если А запутана с B, история Анны будет единственной верной историей, из чего следует, что вы на самом деле сгорели дотла. Вместо того, чтобы плыть прямо через горизонт, как подсказывает относительность, вы столкнетесь с пылающей стеной огня.
Таким образом, мы возвращаемся к тому, с чего начали: что происходит, когда вы падаете в черную дыру? Вы скользите через нее и живете нормальной жизнью, благодаря реальности, которая странным образом зависит от наблюдателя? Или вы подходите к горизонту черной дыры только чтобы столкнуться со смертельной стеной огня?
Никто не знает ответ, и поэтому этот вопрос стал одним из самых спорных в области фундаментальной физики.
Общая теория относительности и квантовая механика
Более ста лет физики пытаются примирить общую теорию относительности с квантовой механикой, полагая, что одной из них придется в конечном счете уступить. Решение парадокса вышеупомянутой стены огня должно указать на победителя, а также привести нас к еще более глубокой теории Вселенной.
Одна из подсказок может лежать в машине декодирования Анны. Выяснить, какой из других битов информации запутан с A, является чрезвычайно сложной задачей. Поэтому физики Даниэль Харлоу из Принстонского университета в Нью-Джерси и Патрик Хейден, работающий в Стэнфордском университете в Калифорнии, решили разобраться, сколько времени потребуется на декодирование.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.
В 2013 году они подсчитали, что даже при самом быстром компьютере, который только может существовать, Анне потребуется невероятно много времени, чтобы расшифровать запутанность. К моменту, когда она найдет ответ, черная дыра уже давно испарится, исчезнет из Вселенной и заберет с собой загадку смертельной стены огня.
Сколько еще неизведанного хранит в себе Вселенная
Если это так, то одна только сложность этой проблемы может помешать Анне выяснить, чья же история верна. Обе истории останутся в равной степени верными, законы физики — нетронутыми, реальность — зависящей от наблюдателя, а никто не подвергнется опасности быть поглощенным стеной огня.
Это также дает физикам новую пищу для размышлений: дрязнящие связи между сложными вычислениями (вроде тех, которые не может провести Анна) и пространством-временем. Возможно, где-то здесь скрывается нечто большее.
Таковы черные дыры. Они не только являются досадными препятствиями для космических путешественников. Они также являются теоретическими лабораториями, которые доводят законы физики до белого каления, а тонкие нюансы нашей Вселенной выводят на такой уровень, что проигнорировать их уже нельзя.
Если истинная природа реальности где-то скрывается, лучшее место для ее поиска — это черная дыра. Правда, искать лучше изнутри. Отправим Анну, теперь ее очередь.
Что будет, если человек попадёт в чёрную дыру
Если отвечать коротко, то он умрёт. Более развёрнуто — точно неизвестно, что произойдёт. Наука может только строить догадки. Но ничего особо приятного не будет, уж поверьте.
На почтительном расстоянии чёрная дыра ведёт себя как звезда схожей массы — вокруг неё можно выйти на стабильную орбиту и вращаться там годами. По предположениям учёных, там даже обитаемые планеты могут существовать. Но чем ближе к дыре, тем больше будет проблем.
Человека убьёт радиация
Если вы полагаете, что чёрная дыра навредит человеку, только когда тот пересечёт горизонт событий (граница вокруг дыры, из‑за которой не может вернуться даже свет), то ошибаетесь. Трудности начнутся куда раньше, причём в буквальном смысле убийственные.
Чёрные дыры редко бывают одиноки. Как правило, они окружены огромной кучей материи — газа , который остался после того, как дыра закусила какой‑нибудь звездой. Газ летает по орбите с огромной скоростью, поэтому имеет чудовищную кинетическую энергию и разогревается до гигантских температур.
Эта быстро вращающаяся и испепеляюще горячая штука вокруг чёрной дыры называется аккреционным диском.
Зрители фильма «Интерстеллар» знают, как должен выглядеть аккреционный диск. Сама чёрная дыра невидима, поскольку поглощает любой свет, который на неё падает, а вот водоворот вещества вокруг неё можно разглядеть. Именно аккреционный диск — та светящаяся оранжевая штука, которую засняли телескопы проекта Event Horizon Telescope в апреле 2019 года.
Аккреционные диски чёрных дыр испускают мощное электромагнитное излучение . Энергия рентгеновских и гамма‑лучей в миллион миллионов раз превышает энергию видимого света.
Кроме того, теоретически сама чёрная дыра тоже может фонить излучением Хокинга. Правда, насчёт этого астрофизики ещё не уверены и мощность радиации пренебрежительно мала .
Все эти потоки заряженных частиц, которые чёрная дыра разбрасывает на сотни световых лет вокруг себя, вряд ли добавят здоровья. Небесное тело прикончит человека ещё на подлёте обычной радиацией, не прибегая к нарушениям топологии пространства и искривлениям времени.
Его сожжёт вещество аккреционного диска
Движение материи в аккреционном диске чёрной дыры. Визуализация NASA. Изображение: NASA’s Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittman
Предположим, что космонавт заблаговременно позаботился о радиационной безопасности — например, надел пальто со свинцовой подкладкой толщиной в метр поверх скафандра. И, полный решимости узнать, что находится в таинственных недрах чёрной дыры, продолжает свободное падение к ней.
Но исследователя поджидает очередное препятствие, а именно: уже знакомый нам аккреционный диск. Он состоит из очень горячего газа.
Диск нагревается, когда частицы газа соударяются друг с другом, нарезая круги с бешеной скоростью вокруг чёрной дыры. Кинетическая энергия переходит в тепловую, и неплохо так переходит — вещество вблизи средней чёрной дыры может разогреваться до миллионов или даже триллионов кельвинов. Это чуть выше, чем, к примеру, температура нашего Солнца — 5 778 К на поверхности, 15 млн К в ядре.
Наверное, не стоит напоминать, что пролетать сквозь потоки раскалённой плазмы небезопасно. Если человека убьёт не радиация, то высокая температура.
Вообще, аккреционные диски сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик — одни из наиболее ярких объектов в космосе. Они называются «квазары». Самый горячий из них, J043947.08+163415.7, жарит как 600 триллионов нормальных жёлтых карликов вроде Солнца, если бы те сговорились и выступили разом.
Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики Messier 87 посылает лучи плазмы и разрушения в окружающий космос. Изображение: NASA / The Hubble Heritage Team (STScI / AURA)
Периодически, кстати, чёрные дыры посылают во Вселенную релятивистские струи, или джеты, — потоки плазмы на околосветовой скорости, обычно парные, направленные с полюсов в противоположные стороны.
Астрофизики пока ещё спорят, почему такое происходит, но похоже, магнитные поля вокруг дыры вытворяют что‑то интересное с газом в аккреционном диске. Джет может извергаться от 10 до 100 миллионов лет непрерывно.
Так что, падая на чёрную дыру, человеку надо избегать её полюсов, чтобы не попасть ещё и под релятивистские струи.
Его спагеттифицирует
Ввиду вышесказанного, наверное, лучше будет совершить путешествие в чёрную дыру без аккреционного диска. Такие тоже бывают — если по соседству нет звёзд, из которых можно выкачивать газ. То есть дыра их все уже благополучно поглотила.
К примеру, чёрная дыра в центре галактики Markarian 1018 засосала всё вещество вокруг себя и осталась без газа поблизости. Такие дыры астрофизики называют голодающими . Бедняжки.
Или сверхмассивная дыра Стрелец A в центре нашего Млечного Пути — она имеет крайне маленький, слабозаметный диск . Поэтому за ней так тяжело вести наблюдения.
В общем, вполне можно приблизиться к горизонту событий чёрной дыры, не сталкиваясь с потоками горячей плазмы.
Проблемы, которые возникнут у космонавта дальше, будут зависеть от размеров чёрной дыры.
Если человек будет падать на объект, имеющий массу, скажем, примерно как одна солнечная (в 332 946 раз превышающая массу Земли), то произойдёт вот что.
По мере приближения к этому интересному небесному телу будет возрастать и сила тяготения, с которой оно на человека воздействует. На определённом расстоянии от дыры получится так, что тяготение, оказываемое на ноги, будет многократно больше, чем тяготение, действующее на голову. Эта разница называется «приливная сила».
Результаты влияния этой силы описывает физик Нил Деграсс Тайсон в книге «Смерть в чёрной дыре и другие мелкие космические неприятности».
Сверхмассивная чёрная дыра спагеттифицирует солнцеподобную звезду. Художественный концепт. Изображение: ESO / ESA / Hubble / M. Kornmesser
Сначала приливные силы чёрной дыры порвут космонавта пополам аккурат посередине туловища (если он, конечно, падает в дыру «солдатиком», а не боком). Потом ноги и туловище порвёт ещё пополам. Затем ещё раз. И так в геометрической прогрессии, пока на элементарные частицы не распадутся даже атомы, из которых жертва сделана. Затем весь этот поток частиц окажется за горизонтом событий.
Земля тоже создаёт приливную силу, действующую на ваше тело, но недостаточную, чтобы порвать вас, так что не переживайте.
Вот и всё. Явление в шутку называется «спагеттификация». Обычно приливные силы чёрных дыр спагеттифицируют звёзды, но и с людьми справятся.
Правда, есть один нюанс.
Произойдёт что‑нибудь ужасное, но мы не узнаем, что именно
Приливные силы, как объясняет Нил Тайсон, возрастают тем больше, чем больше размер объекта по сравнению с расстоянием до центра дыры. Это значит, что некрупная чёрная дыра разорвёт космонавта на куски и расщепит на атомы ещё на подлёте.
А вот если чёрная дыра достаточно массивная и с огромным радиусом, её приливные силы начнут растягивать путешественника уже после того, как он пересечёт горизонт событий.
При этом, наверное, человек может даже выжить, говорит физик Лео Родригес, ведь горизонт событий — это не физический барьер, а просто граница гравитационного воздействия чёрной дыры, на которой вырваться из неё не способен даже свет.
Перед самым падением за горизонт путешественник, возможно, успеет увидеть, как весь свет окружающих звёзд исказится, а далее сожмётся в точку позади, которая станет сначала красной, потом белой, затем синей. Всё из‑за воздействия гравитации дыры на длины пролетающих мимо световых волн (это называется «синее смещение»).
Визуализация падения в чёрную дыру. Точно изображает искажения неба вокруг, но не учитывает «посинения» картинки из‑за синего смещения. Видео: SkitlerRemix/Youtube
Но никто не может рассказать точно, что случится за горизонтом. Проблема в том, что там ещё и привычные нам законы физики не работают. Поэтому учёные могут только предполагать, что происходит с веществом в чёрной дыре.
Скорее всего, как считает Нил Тайсон, человека благополучно спагеттифицирует, просто не перед горизонтом событий, а за ним. Затем то, что осталось от путешественника, свалится в сингулярность — область пространства с бесконечной плотностью в центре дыры. Вот.
Так что книжных полок и посланий морзянкой из прошлого, отправленных своей дочери, как в «Интерстелларе», не будет.
Куда ведут чёрные дыры?
Куда ведёт чёрная дыра? Авторы и права: All About Space magazine.
Представьте, что вы вот-вот нырнёте в чёрную дыру. Что будет ожидать там, если вы, вопреки всему, выживете? Куда попадёте и какие удивительные истории сможете поведать, если найдёте дорогу назад?
Самый простой ответ на все эти вопросы даёт профессор Ричард Мэсси: “Это никому неизвестно”. Являясь научным сотрудником Королевского Исследовательского Общества при Институте космологических вычислений Даремского университета, Мэсси ясно осознаёт тот факт, что тайны чёрных дыр имеют очень глубокий характер. По его словам, “пройти через горизонт событий – это всё равно, что скрыться за вуалью; никто и никогда не сможет отправить какое-либо сообщение наружу. Попавший внутрь объект был бы раздавлен гравитацией чудовищной силы, так что я сильно сомневаюсь в том, что таким способом можно куда-либо попасть”.
Если такой ответ вас разочаровывает, то это не удивительно. Когда Альберт Эйнштейн разрабатывал свою общую теорию относительности, он предсказал особую связь пространства-времени с действием гравитационных сил чёрных дыр, а теперь известно и то, что эти космические аномалии появляются в результате смерти массивных звёзд, от которых остаётся лишь маленькое ядро высокой плотности.
Масса этого ядра по самым грубым расчётам превышает массу Солнца минимум в три раза, а сила гравитации достигает настолько высоких значений, что такое тело будет сжиматься в одну точку пространства (сингулярность), пока не станет ядром чёрной дыры бесконечной плотности. Таким образом, внутри чёрной дыры невозможна никакая жизнь, и даже свет не способен сопротивляться притяжению гравитационного поля. Так что, случись вам оказаться у горизонта событий (этот термин предложил немецкий астроном Карл Шварцшильд для обозначения границы чёрной дыры, после которой свет и материя могут двигаться только внутрь, но не наружу) – выхода больше нет. По словам Мэсси, приливные силы гравитационного поля превратят ваше тело в нити из атомов (этот эффект называется “спагеттификацией”), пока сингулярность не расщепит его полностью. Сама идея о том, что после такого можно куда-нибудь выскочить – включая “другую сторону” – кажется чрезвычайно фантастичной.
А как же червоточины?
Похожие статьи:
Или не кажется? Многие годы учёные рассматривают вероятность того, что чёрные дыры могут являться червоточинами в другие галактики. Они могут быть даже – как некоторые предполагают – дверью в другую Вселенную.
Эта идея некоторое время витает в научных кругах: ещё в 1935 году Эйнштейн объединился с Натаном Розеном для того, чтобы вывести теорию о “мостах” между двумя разными точками пространства-времени. Новый виток обсуждений пришёлся на 1980 год, когда физик Кип Торн – один из главных мировых экспертов по общей теории относительности – поднял дискуссию о возможности физического перемещения объектов по таким “мостам”.
Мэсси признаётся: “будучи ребёнком, я вдохновился на изучение физики именно после прочтения научно-популярной книги Торна о червоточинах. Но сейчас мне не кажется, что они существуют”.
Сам Торн (который, кстати, консультировал режиссёрскую команду фильма “Интерстеллар”), пишет в своей новой книге: “сейчас мы не наблюдаем во Вселенной объекты, которые могли бы являться червоточинами”. В своём интервью для SpaceCom он заявил, что путешествия через такие гипотетические туннели скорее всего останутся научной фантастикой. Твёрдых доказательств того, что чёрные дыры могут для этого сгодиться, на данный момент нет.
Проблема в том, что мы не можем подобраться поближе и выяснить всё наверняка. Мы даже не можем сфотографировать то, что происходит внутри такого тела: так как весь свет вокруг поглощается центром дыры, то камера запечатлеет только черноту. На данный момент считается, что любой объект, пересёкший горизонт событий, просто становится частью чёрной дыры. А поскольку время искажается при приближении к этой границе, все события здесь будут происходить крайне медленно, из-за чего ответы мы получим ну очень нескоро.
“Я думаю, что попавшие в чёрную дыру объекты будут двигаться к концу времён”, – заявляет Дуглас Финкбейнер, профессор астрономии и физики Гарвардского Университета. “Наблюдающий издалека астронавт не увидит, как его коллега провалится внутрь, тот лишь будет становиться всё более красным и тусклым из-за так называемого гравитационного красного смещения. Но с позиции провалившегося, он будет падать прямо к центру, в место за гранью “вечности”. Что бы это ни значило”.
Чёрная дыра может вести к белой дыре
Определенно, если чёрная дыра ведёт в другую часть галактики или другую Вселенную, то там, на другой стороне, должен быть противоположный объект. Может быть, это белая дыра? Такую теорию выдвинул в 1964 году русский космолог Игорь Новиков. Он предположил, что чёрная дыра связана с белой, которая существует в прошлом. В отличие от чёрной, белая испускает свет и материю, но не позволяет им попасть внутрь.
Вместо уничтожения поглощённой информации, схлопнувшаяся чёрная дыра начнёт колебаться, произойдёт мощный квантовый скачок. В этом случае становится обоснованным предположение физика-теоретика Стивена Хокинга, сделанное им в 1970 году. Он говорил о вероятности того, что причиной термального излучения чёрной дыры (т.е. излучения частиц и радиации) является квантовая нестабильность.
Художественная концепция червоточины. Если червоточины существуют, то они могут привести нас в другую Вселенную. Но нет никаких доказательств того, что червоточины реальны. Авторы и права: Shutterstock.
Хокинг заявил, что чёрные дыры не могу существовать вечно. По его расчётам получается, что излучение радиации приводит к потере энергии, а затем к сжатию и смерти космического тела, а вся информация, которая к этому времени окажется поглощена исчезнет.
Это заявление вступает в противоречие с квантовой теорией, которая гласит, что информация не может быть уничтожена.
Идея Хокинга привела к “информационному парадоксу чёрной дыры” и долгое время ломала головы учёных. Некоторые считали, что Хокинг попросту не прав – Стивен и сам в 2004 году заявил о допущенной ошибке.
И что же, нам стоит вернуться к концепции чёрной дыры, которая выпускает поглощённую информацию через белую? Возможно. В 2013 году в журнале Physical Review Letters были опубликованы результаты исследования Джорджа Пуллина и Рудольфа Гамбини. Они применили петлевую квантовую гравитацию к чёрной дыре и обнаружили, что сила гравитации увеличивается до определённого момента приближения к ядру, но затем становится слабее и вышвыривает объект в другой регион Вселенной. Это исследование подтверждает идею о том, что чёрные дыры служат порталами, сингулярности внутри нет и затянутые объекты не уничтожаются. Информация не исчезает.
Может, чёрные дыры ведут в никуда?
Однако, физики Ахмед Альмхейри, Дональд Марольф, Джозеф Полчински и Джеймс Салли уверены, что Хокинг в чём-то был прав. Они разработали гипотезу огненной стены внутри чёрной дыры. По их расчётам, квантовые механизмы, вероятно, могут преобразовывать горизонт событий в гигантскую стену огня, из-за чего любой попавший туда объект мгновенно сгорит. С этой точки зрения, чёрные дыры ведут в никуда, ведь ничего не может проникнуть внутрь.
Эта теория, однако, противоречит общей теории относительности Эйнштейна, ведь, согласно ей, попавший в чёрную дыру объект не должен сталкиваться с препятствиями какого угодно рода – он лишь будет подвержен свободному падению к центру космического тела. К тому же, идея огненной стены противоречит и теории квантового поля, ведь допускает вероятность полного уничтожения информации.
Событие приливного разрушения происходит, когда звезда приближается достаточно близко к горизонту событий сверхмассивной чёрной дыры. Авторы и права: All About Space.
Чёрная дыра неопределенности
Вернёмся к Стивену Хокингу. В 2014 году он опубликовал исследование, в котором предложил отказаться от термина “горизонт событий”. По его мнению, гравитационный коллапс приводит к образованию другого явления, которое он назвал “видимым горизонтом”.
Этот горизонт на “определённый временной период” задерживает лучи света и материю внутри, расщепляет и смешивает их, а затем выпускает обратно. Такое объяснение хорошо ложится на квантовую теорию, ведь информация сохраняется, а не уничтожается. Таким образом, любой попавший внутрь объект со временем может выбраться из чёрной дыры. Хокинг пошёл дальше и поставил под сомнение сам факт существования чёрных дыр, написав: “чёрные дыры следует переименовать в объекты метастабильной связи гравитационного поля. Вероятно, что сингулярности нет, а видимый горизонт, который будет сжиматься внутрь под действием гравитационных сил, никогда не достигнет центра объекта и будет консолидирован в плотную массу”.
В этом случае, выпущенные объекты будут иметь совершенно иную форму от той, в которой находились при поглощении. Вряд ли удастся, глядя на выпущенный объект, точно определить, чем он являлся ранее. Что, разумеется, будет не очень приятной новостью для, скажем, попавших внутрь астронавтов.
Одно известно наверняка: эта загадка будет занимать умы учёных ещё очень долгое время. Ровелли и Франческа Видотто недавно предположили, что компоненты тёмной материи могут быть сформированы из останков испарившихся чёрных дыр, а в опубликованных в 2018 году записях Хокинга “О чёрных дырах и мягких волосах” он объясняет, как частицы нулевой энергии сохраняются около точки невозврата, горизонта событий, вместо того, чтобы исчезнуть. Многие физики сейчас изучают чёрные дыры с позиции физики элементарных частиц и в этой области уже появились смелые теории. Учёные активно обсуждают эти идеи, но потребуется ещё немало времени для того, чтобы точно заявить, куда же ведут чёрные дыры. Если бы только мы могли запрыгнуть хотя бы в одну их них…
Что такое чёрная дыра
Чёрная дыра — это место в космосе, где гравитация настолько сильна, что даже объекты движущиеся со скоростью света не могут ей сопротивляться, в том числе сами частицы света. Такое гравитационное притяжение возникает, потому что материя была сжата в крошечное пространство. Считается, что подобные явления происходят, когда умирают звёзды.
Поскольку никакой свет не может покинуть эту область, чёрные дыры буквально невидимы. Однако космические телескопы со специальным оборудованием способны их обнаруживать. Например, можно фиксировать необычное поведение объектов, которые находятся близко к чёрной дыре.
Размеры чёрных дыр
Учёные считают, что самые маленькие чёрные дыры, размером всего в один атом, могли возникнуть в первые мгновения существования Вселенной. Подобные условия создают на большом адронном коллайдере, и у общественности возникают опасения, что это может привести к возникновению чёрной дыры.
Другой вид чёрных дыр называется «звёздным». Их масса может быть в 20 раз больше массы Солнца. В нашей галактике возможно существование множества чёрных дыр звёздной массы.
Самые большие чёрные дыры называются «сверхмассивными». Они имеют массы, которые составляют более 1 миллиона Солнц. Ученые нашли доказательства того, что каждая большая галактика содержит сверхмассивную черную дыру в своем центре. Такой объект в центре галактики Млечный Путь называется Стрелец А. Она имеет массу, равную примерно 4 миллионам Солнц.
Как образуются чёрные дыры
Такие большие объекты, как звёзды, обладают большой гравитацией. Вся материя звезды всегда притягивается к центру, но термоядерные реакции не позволяют ей схлопнуться. То есть с одной стороны работает притяжение, а с другой давление, которое удерживает форму звезды.
Самой популярной считается теория, что чёрная дыра — это конечная стадия жизни звезды с очень большой массой, превышающей как минимум массу 20 Солнц. Когда внутри такой звезды прекращаются термоядерные реакции (заканчивается топливо), то под действием своей огромной гравитации она ускоренно сжимается в нейтронную звезду. В зависимости от своей начальной массы, она может остаться сверхплотной нейтронной звездой либо продолжить сжиматься с такой силой, что даже свет не сможет покинуть её пределы — это и будет чёрная дыра.
Существует и другой сценарий, когда все те же процессы происходят с межзвёздным газом, находящимся на стадии превращения в галактику или какое-то скопление. Если внутреннее давление не может компенсировать гравитацию, то вся материя начинает сжиматься, что приводит к образованию чёрной дыры.
Может ли чёрная дыра уничтожить Землю
Чёрные дыры не передвигаются по космосу, поглощая звёзды, луны и планеты. Земля не упадет в чёрную дыру, потому что ни одна из них не находится достаточно близко к Солнечной системе.
Даже если бы в центре нашей системы образовалась чёрная дыра той же массы, что Солнце, Землю всё равно бы не затянуло туда. Чёрная дыра будет иметь ту же гравитацию, что и Солнце. Земля и другие планеты будут вращаться вокруг неё, как они вращаются вокруг Солнца.
В любом случае Солнце не такая большая звезда, чтобы когда-то превратиться в чёрную дыру.
Вы можете отблагодарить автора статьи донатом от 30 руб на Boosty. Этим вы сделаете вклад в популяризацию подобного контента.